2. SEILTRIEBE - oeppi

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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
Allgemeines
Allgemeines .
• Vorteile gegenüber Ketten
• geringere Eigenmasse (Gewicht)
• höhere Laufgeschwindigkeit
• günstigeres Bruchverhalten (Bruch kündigt sich an)
• Nachteil gegenüber Ketten
• empfindlich gegen Verschleiß und Korrosion
• große Umlenkradien
• Schlupf
1

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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.1. Verwendungszweck
Verwendungszweck .
• ruhende Seile
- Anschlagseile (anbinden von Schiffen)
- Abspannseile
- Tragseile von Kabelkränen
- Seilbahnen
• bewegte Seile
- Hubwerkseile von Kränen
- Aufzügen
- Zugseile von Seilbahnen
2

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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Herstellung
Herstellung .
Stahldrahtseile werden aus kaltverformten
Rund- und/oder Formdrähten durch Verseilen
hergestellt.
Durch Kaltverformung wird die Festigkeit
auf 1500 bis 2500 N/mm 2 erhöht
• Draht
Einzelelement der Litze
• Litze
einfaches Verseilen mehrerer Einzeldrähte um
einen Kerndraht
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Normalmachart .
• in allen Litzenlagen gleiche Drahtdurchmesser
• gleiche Schlagwinkel (Steigungswinkel)
• unterschiedliche Schlaglängen (Steigungshöhen)
• die Drähte benachbarter Lagen berühren einander
punktförmig >> zusätzliche Belastung
• Verwendung
Standardseil für Serienhebezeuge und Kräne
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Parallelmachart .
• verschiedene Drahtdurchmesser
• unterschiedliche Schlagwinkel
• gleiche Schlaglängen
• die Drähte benachbarter Lagen berühren einander
linienförmig
• Ausführungsarten
- Seale - Ausführung
Kerndraht
dünne Drähte
dicke Drähte
- Warrington - Ausführung
in der zweiten Drahtlage sind
abwechselnd dünne und dicke Drähte
- Fülldraht - Ausführung
Hohlraüme werden durch nicht
tragend gerechnete dünne Drähte gefüllt
- Warrington-Seale –Machart
Kombination von oben
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Spiralseil .
• eine Litze wird als Seil verwendet
• relativ dicke Drähte werden um einen Kern geschlagen
• Aufeinander folgende Lagen werden mit entgegengesetzter
Schlagrichtung verseilt
• geringe Biegsamkeit
• vorwiegend als ruhende Seile verwendet
• beim Bruch eines Drahtes der äußersten Lage kann bei offener
Ausführung der Draht weit aus dem Seilverband austreten
>> äußerste Lage aus Profildrähten
>> Formschluss
>> geschlossenes Profil
>> dicht
>> keine Eindringen von Medien
>> Korrosionsschutz
>>glatte Oberfläche
>> geringer Verschleiß
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Rundlitzenseil .
• besteht aus einer Lage von Litzen (6 oder 8 Stk.), die um einen Kern (Seele)
geschlagen (=2-fach verseilt - Draht > Litze > Seil) werden
• der Kern besteht aus
- ölgetränktem Faserstoff (Hanf, Jute, Kunststoff zur
Fettversorgung von innen)
oder
- weichem Draht relativ dünne Drähte
>> höhere Biegsamkeit des Seiles
>> empfindlich gegen Verschleiß und Korrosion
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Litzenspiralseil .
• Aufbau wie Spiralseil aber statt den Drähten werden dünne Litzen verseilt
• mehrere Lagen von Litzen werden um eine Fasereinlage oder eine Kernlitze
geschlagen
• die einzelnen Litzenlagen werden mit wechselnder Schlagrichtung verseilt
• größere Biegsamkeit
• Querbelastbarkeit
• höherer Füllgrad
• Anwendung
als Hubseile von Baukränen
und gleislosen Fahrzeugkränen
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MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Schlagrichtung .
je nach Schlagrichtung der Litzen im Seil, werden „rechtsgängige“ (Z), oder
„linksgängige“ (S) Seile unterschieden.
Merke: Rechtsgängige Seile für linksgängige Trommelgewinde und
umgekehrt.
• Gleichschlagseil (G)
- Schlagrichtung der Drähte in den Litzen = Schlagrichtung der
Litzen im Seil.
- sind biegsamer,
- neigen unter Last aber zum „Aufdrehen“, daher nur geeignet
für geführte Lasten. (Aufzüge, Schlepplifte usw.)
- geringere Krümmung der Einzeldrähte als bei Kreuzschlagseilen
>> geringere Flächenpressung zwischen Seil und Rille
>> höhere Lebensdauer
• Kreuzschlagseil (K)
- Schlagrichtung der Drähte in den Litzen ≠ Schlagrichtung d.
Litzen im Seil
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MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Drehungsfreie Stahlseile .
• wenn das Seil unter Einwirkung einer ungeführten Last sich nicht oder kaum um die eigene
Längsachse dreht, bzw. ein sehr geringes Drehmoment auf die Endbefestigungen ausübt.
• Dies wird dadurch erreicht, dass bei drehungsfreien Seilen der Seilkern eine entgegengesetzt
gerichtete Schlagrichtung zur Schlagrichtung des Seiles aufweist.
• Bei Belastung entstehen somit zwei entgegengesetzt gerichtete Drehmomente.
• Das Kriterium "drehungsfreies Seil" steht beispielsweise bei Turmdrehkränen und anderen Kränen an
oberster Stelle.
• Drehungsfreie Seile müssen verwendet werden beim Heben einer ungeführten Last
- im Einstrangbetrieb,
- mit mehreren Seilsträngen und großen Hubhöhen.
• Drehungsfreie Seile dürfen mit oder ohne Seilwirbel (Drallfänger) arbeiten.
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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Seilwirbel .
• verhindert das Verdrehen des Seiles.
• während des Einsatzes drehungsfreier Seile kann ein Drall
entstehen
• ist das Seil dauerhaft fixiert, so besteht keine Möglichkeit,
dass sich das Seil entdrallen kann. Deshalb werden Seilwirbel
eingesetzt
• sie dürfen nicht bei drehungsfreien (spannungsarm,
dreharm) Seilen auf keinen Fall verwendet werden, da sie
sich bei Belastung aufdrehen würden und die Seilbruchkraft
dadurch erheblich reduziert würde.
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MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.2. Litzenkonstruktion
Drehungsarme Seile .
• wenn ein Stahldrahtseil unter Einwirkung einer ungeführten Last sich etwas um
die eigene Längsachse dreht bzw. ein kleines Drehmoment auf die
Endbefestigungen ausübt.
• Nichtdrehungsfreie Seile werden verwendet beim Heben von
- geführten Lasten,
- ungeführten Lasten mit mehreren Seilsträngen und kurzen
Hubhöhen oder
- Lasten mit paarweisem Einsatz von rechts- und linksgängigen Seilen.
z.B.: für mehrsträngige Kräne mit kurzem Hubweg.
12

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Sonstiges .
• Spannungsfrei
wenn beim Durchschneiden die Drähte auch ohne Abbindung nicht oder
kaum aus dem Seilverband herausspringen.
Z.B.: die Seile von Aufzügen
• Spannungsarm
wenn beim Durchschneiden die Drähte ohne Abbindung etwas aus dem
Seilverband herausspringen.
• Drallfrei
wenn beim Auslegen oder Montieren kein Drall im Seil vorhanden ist.
Jedes Seil sollte drallfrei sein.
Drallfrei ist nicht zu verwechseln mit drehungsfrei.
13

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Spannung .
Exakte Erfassung der tatsächlichen Beanspruchung nicht möglich, wird aber durch Einführung eines
Sicherheitsfaktors berücksichtigt.
• Näherungsformel
bei gemessenem Seildurchmesser
σσ
vorh.
F F
= =
A f . A
m
F…... maximale Zugkraft [N]
A N …..Nennquerschnitt [mm 2 ]
A m..…metallischer Querschnitt [mm 2 ]
d…... Seilnenndurchmesser [mm]
f
N
Am
= = Füllfaktor ( 0,
4 − 0,
7)
in der Litze
A
N
14

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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Seildurchmesser .
mit
d
≥
4ν
π ⋅ k ⋅ f ⋅σ
F F
σ = =
vor
f ⋅ A
2 π
N f ⋅ d ⋅
4
Nennzugfestigkeit des Drahtes σ B
Zulässige Zugfestigkeit des Drahtes
σ
zul
σ ⋅ k B =
ν
B
F
= c ⋅
F
aus
σ ≥ σ
Sicherheitsfaktor ν
je nach Verwendungszweck (Sach- oder Personentransport) bei 3 bzw. 12
Verseilfaktor k:
berücksichtigt den Verseilverlust (je nach Machart k = 0,85 – 0,95) im Seil
zul
vor
15

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2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Triebwerksgruppe .
wird bestimmt durch die mittlere Laufzeit je Tag, in Stunden, bezogen auf 1 Jahr Tabelle 2.4 und 2.5
• leichter Betrieb
= größte Last selten >> die Triebwerksgruppe kann eine Stufe kleiner gewählt werden
• schwerer Betrieb
= größte Last sehr häufig >> die Triebwerksgruppe muss eine Stufe größer gewählt werden
16

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Durchmesser von Seiltrommeln, Seilrollen und Ausgleichsrollen .
bekannt sind die erforderliche Zugkraft und die
Betriebsbedingungen
Trommel- od. Rollendurchmesser D
D = h 1 .h 2 .d
mit Seildurchmesser
d = c • F in mm
F ...max. Seilzugkraft in N
Beiwerte nach DIN 15020
- c (Tabelle 2.5)
- h1 (Tabelle 2.7)
17

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilberechnung
Durchmesser von Seiltrommeln, Seilrollen und Ausgleichsrollen .
- h 2
Ermittlung der Biegewechselzahl w
Für Trommel und Ausgleichsrolle immer: h 2 = 1
wges h2 Bis 5 1
6 bis 9 1,12
Ab 10 1,25
18

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilüberwachung
Lebensdauer .
durch folgende Maßnahmen kann die Lebensdauer eines Seiles erhöht werden:
• Wartung und Überwachung der in Gebrauch befindlichen Seile
• Verwindungsfreier Einbau der Seile (kein auf oder zudrehen)
• Regelmäßiges schmieren der Seile (nach Gebrauch verschieden, Verträglichkeit der Schmiermittel)
• Vermeidung von Wechselbiegungen
• gute Seilauflage in den Rillen von Rollen und Trommeln (genormte Rillenabmessungen)
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MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilüberwachung
Ablegereife .
ist nach folgenden Kriterien zu beurteilen:
• Art und Anzahl der Drahtbrüche
- in DIN 15020, Blatt 2 ist festgelegt, wie viele Drahtbrüche ein konkretes Seil aufweisen darf
- die Anzahl der Drahtbrüche ist an der schlechtesten Stelle des Seiles, auf einer Länge vom 6fachen
und 30-fachen Nenndurchmesser festzustellen.
Beispiel
Litzenspiralseil: Nenn∅ = 16,5mm
gem. DIN 15020 ist das Seil abzulegen, wenn auf
6d = 99 mm .......... 6 Drahtbrüche oder auf
30d = 495 mm ........... 11 Drahtbrüche feststellbar sind.
20

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilüberwachung
Ablegereife .
• Verringerung des Seildurchmessers
Ein Seil ist abzulegen bei:
-15% Durchmesserverringerung durch Strukturveränderung (Quetschen, Dehnen)
- 10% Durchmesserverringerung durch Korrosion oder Abrieb
• Korrosion
An der Oberfläche und im inneren des Seils - durch mangelndes Schmieren verursachte
innere Korrosion aüssere Korrosion
21

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.4. Seilüberwachung
Ablegereife .
Seile sind bei folgenden Seilverformungen abzulegen:
• Starke Korkenzieherbildung
• Korbbildung
• Starke Schlingenbildung
• Drahtlockerung durch Abrieb oder Korrosion
• Starke Knoten- und Knickbildung
• Starke Quetschung
• Starke Einschnürung
22

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.5. Seilverbindung
Drahtseile lassen sich nur kraftschlüssig miteinander verbinden bzw. an Tragkonstruktionen befestigen.
Verbindung Seil-Seil: Herstellung endloser Seile .
•Kurzspleiß:
• Die Seilenden werden auf einer Länge vom 25- bis 35-fachen Seildurchmesser aufgelöst und
miteinander wieder verflochten.
• führt zur Verdickung des Seiles
• Langspleiß:
• aus jedem Seilende werden 50% der Litzen herausgelöst.
• Die verbleibenden Litzen werden wieder verflochten.
• Die Tragfähigkeit ist gegeben, wenn je nach Seilart die Spleißlänge zwischen 800- bis 1300-fachem
Seildurchmesser liegt
• der Seildurchmesser bleibt gleich
23

MFDT
Seilkausche
• verhindert ein Quetschen des Seiles an seiner
Befestigung.
• Das freie Seilende wird auf einer Länge (l= 40d) kurz
verspleißt, verpreßt oder mit Seilklemmen geklemmt.
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.5. Seilverbindung
Befestigung bzw. Ausführung von Seil-Enden .
Seilklemme
• der Rundstahlbügel muss immer den
entlasteten Seilstrang presst.
• Es sind je nach Rutschlast nach EN
13411-5 zwischen 3 und 5
Seilklemmen anzubringen
• Die Bruchlast des Seils wird durch diese
Verbindung um 15% verringert.
24

MFDT
Keilschloß
• klemmt das Seil mit einem selbst
hemmenden Keil im Gehäuse.
(Keilwinkel des Keils meist größer als der des
Gehäuses)
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.5. Seilverbindung
Befestigung bzw. Ausführung von Seil-Enden .
• Das freie Seilende ( immer das nicht tragende
Seil – sonst kommt es beim Schlaffseil zum
Lösen) ist mit einer Seilklemme zu sichern
• Wird verwendet, wenn häufiges lösen der
Verbindung erforderlich ist
25

Aluminiumpressklemme
MFDT
• Eine ovale Hülse aus Aluminium wird unter
hohen Druck aufgepresst und das Seil dadurch
formschlüssig eingebettet
• sehr Betriebssicher
• für Anschlagseile
2. SEILTRIEBE
2.1. Stahldrahtseil
2.1.5. Seilverbindung
Befestigung bzw. Ausführung von Seil-Enden .
Seilbirne
• das aufgelöste und gereinigte Drahtseilende
wird im Gehäuse vergossen (Weißmetall oder
Feinzink)
26

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.2. Seilrolle
Allgemeines .
• dient der Führung und Umlenkung von Seilen
• geschweißte (große Dimension und kleine Stückzahlen),
gegossene oder geschmiedet Ausführung
• als Lager werden Wälzlager (selten Gleitlager) verwendet
• Hauptabmessungen und Ausführungsformen sind nach
DIN 15 062 genormt
27
-

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.2. Seilrolle
Allgemeines .
Seil- und Ausgleichsrollen werden auch zur Gänze aus
Kunststoff (Polyamid) hergestellt.
- geringes Eigengewicht
- größere Auflagefläche durch Verformung
des Kunststoffes im Rillengrund
>> Verringerung der Flächenpressung
zwischen Seil und Rille
>> mehrere Litzen übertragen die Kraft
>> Erhöhung der Lebensdauer des Seils
>> geringere Geräuschentwicklung,
Stöße
28
-

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.2. Seilrolle
Seilablenkwinkel .
der zul. Ablenkwinkel ist begrenzt, um ein
Scheuern des Seiles am Rillenrand oder ein
Herausspringen zu verhindern.
29
-

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.3. Seiltrommel
Allgemeines .
• zum Antrieb bewegter Seile
• zum Speichern der einzuziehenden Seillängen
• das Seilende wird an der Trommel kraftschlüssig befestigt
• um die Seilkraft an der Klemmverbindung zu verringern,
müssen bei abgewickeltem Seil immer noch zwei bis drei
Windungen an der Trommel bleiben.
30
-

MFDT
Bauarten .
Meist als Serienhebezeugen als Gusskonstruktion ausgeführt.
Wellentrommeln
• Der Antrieb erfolgt direkt durch die
Abtriebswelle des Getriebes.
• Wegen normeler Montageun-
genauigkeiten ist zwischen
Antriebswelle und Trommel eine
Ausgleichskupplung notwendig
Achsentrommel
2. SEILTRIEBE
• Das an der Trommel angeflanschte Zahnrad wird
über ein Ritzel abgetrieben
• Diese Ausführung hat einen offenen Zahntrieb
• großer Wartungsaufwand
• aus Sicherheitsgründen ist eine Abdeckung des
Zahneingriffs erforderlich
• nur mehr selten verwendet
2.3. Seiltrommel
2.3.1. Bauarten
31

MFDT
Bauarten .
Wellentrommeln Achsentrommel
2. SEILTRIEBE
2.3. Seiltrommel
2.3.1. Bauarten
32

MFDT
2. SEILTRIEBE
Berechnung .
• Anzahl der erforderlichen Seilrillen L D … Seiltrommeldurchmesser,
S i = + 2
D ⋅π
• Steigung der Seilrillen
• Überschlägige Trommelwandstärke
Druckspannung:
Biegespannung:
zul. Spannung
EN GIL >>
Stahl >>
σ
σ
σ
B
B
D
=
= 0 , 5
0,
96
≤ σ
zul
s = d + (1 bis 5) mm
⋅
⋅ F
Wandstärke: t = h + R - e - a
F
s ⋅ h
1
D ⋅ h
= 25N / mm
σ ( Streckgrenze)
S
σ + σ ≤ σ =
B D zul
S
3
2
gemessen in Seilmitte
L S … einzuziehende Seillänge
d … Seildurchmesser Tab 2.23
F [N] maximale Seilzugkraft
h [mm] Wandstärke
s [mm] Steigung der Rille
2.3. Seiltrommel
2.3.2. Berechnung
33

MFDT
β Steigungswinkel der Rille
α max. zul. Seilablenkungswinkel bezoge auf die Rillenachse
2. SEILTRIEBE
2.3. Seiltrommel
2.3.3. Seilablenkung
34

MFDT
2. SEILTRIEBE
2.5. TREIBSCHEIBEN UND TREIBTROMMELN
Treibscheiben und Treibtrommeln .
• Berechnung
• Werden zum Antrieb von Seilen verwendet (Reibschluss), ohne sie zu speichern.
Beispiele: Aufzüge, Seilbahnen, Spillwinden, Seilzuglaufkatzen
Spannkräfte
Durch die Reibkraft F R zwischen Zugmittel
und Scheibe wird die Spannkraft F F1 größer
als die Gegenkraft F2 F 1 = F 2 e μα
F R = F 1 – F 2 ≤ F 2(e μά - 1) = F 1
e μα - 1
e μα
α α0 180°
= α0 = α = 57,3°
π 180°
π
35
-

MFDT
• Feste Rolle (Leit- oder Umlenkrolle)
• Lose Rolle
2. SEILTRIEBE
2.6. Rollen und Flaschenzüge
Wirkungsgrad
durch die Reibung zwischen Rolle und Rollenbolzen und infolge des Biegewiderstandes des Seiles
ist zum Heben der Last F 1 eine Zugkraft F > F 1 erforderlich
bei Wälzlagerung: η R ≈ 0,98
bei Gleitlagerung: η R ≈ 0,96
die am Rollenbolzen hängende Kraft verteilt sich auf zwei Seilstränge (Seil läuft von loser Rolle)
η L= 1 + η R
2
36

• Seiltrommel
MFDT
bei Wälzlagerung: η T ≈ 0,99
bei Gleitlagerung: η T ≈ 0,98
• Einfacher Flaschenzug
• Gesamtwirkungsgrad des Seilzugs
η F = 1 1 – η R n+1
1 + n 1 – η R
η Seiltrieb = η T η F
2. SEILTRIEBE
2.6. Rollen und Flaschenzüge
Wirkungsgrad
37

• Kräfte am Flaschenzug
MFDT
2. SEILTRIEBE
2.6. Rollen und Flaschenzüge
Kräfte eines Flaschenzugs
Ein Flaschenzug ist ein Übersetzungsmittel zwischen Zugkraft F und Last F 1 . Die festen und losen Rollen sind
in den Flaschen gelagert und können nebeneinander sowie untereinander angeordnet sein.
n .......... Anzahl der Flaschenzugrollen (ohne Umlenkrolle)
n + 1 ... Zahl der tragenden Seilstränge
Kraftweg (Länge des ablaufenden Seiles) s f = (n + 1). s g
F 0 =
F 0 =
F 0 =
F 1
n + 1
F 1
η L(n +1)
F 1
η Rη L(n +1)
ohne Verluste ist die Zugkraft
Seil läuft von loser Rolle ab
Seil läuft von fester Rolle ab
38